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氢谱中影响化学位移的因素
1. 取代基电负性越强,( 越移向低场
图3-18 取代基电负性对质子化学位移的影响
表3-6 取代效应
多取代效应强于单取代取代效应随着键距的延长而急剧降低
去屏蔽效应(deshield)
2. 相连碳原子的sp杂化轨道的s成分越多, ( 越移向低场
“sp3”质子 0-2δ
“sp2”质子 4.5-7δ
“sp”质子 2-3δ
3. 酸性质子 10-12δ
作用和O电负性拉电子效应的双重影响
氢键的影响和可交换质子
能够形成氢键的质子(-OH,-NH2)化学位移可变
形成氢键的数目越多,质子的去屏蔽效应越强 氢键数目通常是浓度和温度的函数
游离羟基(稀溶液)0.5-1.0δ 形成氢键(浓溶液)4-5δ
可交换质子(活泼氢)
3. 共轭效应
p-π共轭,邻位H的电子密度增加(正屏蔽),δ值减少
π-π共轭,邻位H的电子密度减少(去屏蔽),δ值增加
5. 相邻基团电偶极矩和范德华力的影响
当分子内有强极性基团时,它在分子内产生电场,影响分子内其余部分的电子云密度,从而影响其它核的屏蔽常数。
当氢核和邻近原子间距离小于范德华半径之和时,电子云相互排斥,导致原子周围的电子密度降低,屏蔽减少,共振移向低场。
6. 介质的影响(溶剂效应和磁化率效应)
不同溶剂分子对溶质分子有不同的作用,因此介质影响δ值。氘代氯仿(CDCl3)是NMR中使用最普遍的溶剂。
若采用内参考,样品与标准物质处于同样介质中,不必作磁化率校正;若采用外参考法,标准物质与样品的介质不同,磁化率也不同,须作磁化率校正。
3.6.3 自旋-自旋耦合(Spin-Spin Coupling)
核自旋通过成键电子与附近相邻磁性核自旋间的相互作用所引起的NMR谱线分裂现象。
3.6.3.1 自旋-自旋耦合裂分
Fork Rule(n+1 rule)
相邻原子上的质子数以n表示,则简单氢谱(一级谱)NMR谱线的裂分数为n+1。
Integral ratio=2:1
3.6.3.2 自旋耦合图解
HA与HB为化学非等价核,化学位移(A与(B不相同。
图3-27 溶液中HA和HB不同自旋状态的两种分子
HA所受磁场影响: H0+HB和H0-HB
HA所受磁场影响: H0+HB和H0-HB
3.6.3.3 耦合常数J (coupling constant) 谱线裂分产生的裂距,单位Hz
不同类型的质子耦合常数J 不同(0-18Hz):相邻sp3杂化C相连质子,J=7.5Hz
双键C相连质子,Jcis=10Hz,Jtrans=17Hz
一级谱(first order spectra)
((:互相作用的两组核的化学位移之差 ((/J ( 3时,谱线裂分规律符合n+1规则
一级谱:1) 谱线数目2nI+1(与n个等价核相耦合)I=1/2时,n+1规则
2) 相邻两条谱线间距离都相等(J)
3) 谱线强度分布符合(a+b)n展开式的各项系数
nJ ,反映了核磁矩间相互作用能的大小,和两核之间相隔化学键的数目密切相关,与仪器
的工作频率无关。n-化学键的个数
1J,13C与质子之间的耦合,13C-1H,125?250Hz;
2J,同碳上的氢之间的耦合;
磁等价,有耦合,无裂分;磁不等价,有耦合裂分;
固定环上的的CH2及与手性碳相连的CH2,两个氢的δ值常不相等,耦合常数J约为几到十几Hz。C=CH2(端烯)也常能反映出2J引起的耦合裂分,约2Hz。
3J,邻位C原子上的两个氢核直接的耦合,1H-12C-12C-1H
4J,相隔4个化学键,耦合作用很弱。
3.7 耦合机制和耦合常数nJ
两个氢核相距奇数根键时,自旋相反, J 0
两个氢核相距偶数根键时,自旋相同, J 0
耦合作用随键的数目的增加而迅速下降
耦合常数J,反映了核磁矩间相互作用能的大小,与外加磁场无关,而与成键的数目密切相
关。
原子核之间的自旋耦合的相互干扰作用,是通过成键电子传递的;
饱和烃化合物中,自旋耦合作用一般只能传递三个单键;
耦合作用又与立体结构有关,有时在相隔四个键以上的质子间仍存在耦合,称远程耦合;
双键或三键较单键更易传递耦合;
质子之间的耦合产生的J值,一般不超过20Hz。
3.7.2 核的等价性质
化学等价(Chemical equivalent):分子中同种类的核或由于分子的对称而具有相同化学位
移的核
分子中的两基团(或质子)通过旋转操作可互换,则为化学等价,是等频的。
磁等价(Magnetic equivalent):
两个核(或基团)磁等价必须同时满足下列两条件:1)它们是化学等价的。2)它们对任意另一核的耦合常数J相同(数值及符号)。
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